KR900006872B1 - 터빈부품의 조립방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

터빈부품의 조립방법 및 장치
제1도는조립공정중의 터빈 단의 분해사시도.
제2도는 제1도의 조립공정에서 바람직하게 이용되는 구리도금 스트립의 측면도.
제3도는 블레이드, 장착밴드, 고정와셔, 스웨이징(swaging) 가공된 탱의 조립상태를 보여주는 터빈 단의 단면도.
제4도는 제1도의 공정에 이용되는 장치의 사시도.
제5도는 제4도 장치의 평면도.
제6도는 제4도 장치의 단면도.
제7도는 클램프 장치를 상세하게 도시한 제4도 장치의 정면도.
제8도는 슬라이드 핀을 도시한 단면도.
제9도는 제4도 및 제5도 장치에서 스프링 리테이너를 상세히 도시한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
12 : 장착밴드 14 : 블레이드
18 : 구멍 20 : 랭
22 : 스트립 24 : 와셔
70 펀치
본 발명은 여러개의 반경방향으로 연장된 터빈 블레이드(turbine blade)가 원형의 장착밴드(mounting band)에 설치되어 있는 형식의 터빈에 관한 것으로 특히 블레이드와 장착밴드를 정밀하게 조립할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다. 터빈엔진에서 사용되는 터빈단(stages)은 공지기술에서 잘 알려져 있다. 터빈단은 원형의 장착밴드상에 서로 간격을 두고 반경방향으로 연장되도록 배치된 여러개의 금속제 배인 또는 블레이드로 구성된다. 원형 장착밴드는 보통 터빈엔진의 조립과정에서 서로 조립되는 두개의 반원형 부분으로 구성된다. 공지의 조립기술에 따르면, 터빈단은 터빈 블레이드를 장착밴드에 장착함으로써 조립된다. 이러한 과정은 장착밴드에 복수게의 구멍을 미리형성하고, 미리형성된 블레이드의 단부 탱을 구멍에 삽입한후, 장작밴드의 외부표면으로 돌출한 탱의 단부를 잘라내어 블레이드를 블레이징(brazing) 작업전에 및 작업중에 정위치에 유지하도록 하는 것이다. 장착밴드의 구멍은 일반적으로 블레이드의 탱보다 약간 크게 만들어져서 블레이드와 장착밴드가 느슨하게 조립되도록 한다. 이렇게 된 상태로 지그(jig)로 옮겨 장착밴드에 대한 블레이드의 위치를 각각 개별적으로 조절하는데 블레이드가 정확한 위치를 유지하도록 브레이징 작업을 하기 전 및 작업중 블레이드를 고정시킬 필요가 있다. 블레이드의 정확한 위치가 어긋나게 될 염러가있으므로 최종적 조절로부터 브레이징 작업을 마칠때까지 이 조립체를 거칠게 다루면 안된다.
이밖에 종래의 조립기술과 연관된 다른 문제로 조립시 브레이징 재료의 문제가 있다. 가장 최근의 기술은 작은 머리핀 모양을 하고 있는 브레이징 와이어(braging wire)를 이용하여 이 와이어가 장착밴드의 바로 인접한 내면 근처에서 터빈 블레이드의 에지 둘레를 효과적으로 꽉 잡게 하는 것이다. 그 다음 노속에 넣으면 브레이징 재료가 녹아 모세관 현상에 의하여 블레이드, 블레이드의 탱, 장착스트립 재료의 사이로 흘러들어간다.
브레이징 와이어를 이용하는 대신 주사바늘과 유사한 수동장치를 이용하여 터빈 부풍을 브레이징 노속에 넣기 직전에 블레이드의 적절한 위치에 소량의 브레이징 재료(용제(flux)와 혼합시키는 것이 바람직하다)를 분사하는 수도 있다.
이 두가지 방법은 모두 수동으로 조작되므로 인건비가 상승하게 된다.
본 발명은 터빈단의 제조에서 터빈 블레이드를 장착밴드에 장착시키는 개선된 방법을 제공하며, 이러한 방법을 부분적으로 수행하는 장치를 제공한다. 지그를 사용하여 터빈 블레이드를 장작밴드에 조심스립게 위치시키고 블레이드를 잘라내어 설치하는 대신, 본 발명에서는 탱이 구멍위에 놓인 와셔를 통해 가압된다. 와셔는 확실한 끼움을 제공하며, 터빈 블레이드 장착밴드의 결합은 터빈 블레이드의 설치위치를 방해함이없이 거칠게 다루어도 좋게 된다. 이것은 특히 터빈 블레이드를 정위치에 연속적으로 장작하고 브레이징하는 사이의 과정중에 특히 적합하게 사용될 수 있다. 본 발명은 또한 이로부터 와셔가 만들어지며 터빈 블레이드를 장착밴드상의 정위치에 브레이징하기에 적합한 재료의 외부층을 포함하는 스트립을 제공한다. 이러한 개선점들은 선행기술에 있어서와 같은 장착밴드 근처에서 블레이드 상에 브레이징에 적합한 재료의 조각을 놓거나 이를 장착밴드 근처에서 블레이드 주위에 분사하는 등의 단계를 생략시킬 수 있다. 본원 발명의 방법은 브레이징용 노안에 직접 조립체를 넣을 수 있게 하며, 조립되는 터빈단의 품질을 향상시킨다. 이러한 점들은 본원 발명의 방법을 더욱 효율적이게 하므로 비용을 절감할 수 있게 된다.
본 발명이 요지로 하는 것은 단부탱을 가진 형식의 터빈 블레이드를 복수개의 구멍을 가진 장착밴드에 장착시키는 방법 및 장치에 관한 것으로서,(a) 복합재료의 스트립을 터번블레이드의 반대쪽의 창착밴드 표면근처에 구멍을 겹쳐서 위치시키는 단계 (b) 스트립으로 부터 구멍보다 큰 조각의 와셔를 분리시키는 단계 (c) 상기 와셔가 장착밴드 표면과 맞닿도록 가압하면서 탱을 분리된 와셔속으로 관통시키는 단계로 구성된다.
본 발명의 스트립으로 사용되는 복합재료는 고용융점의 코어부 및 상대적으로 저용융점의 피북부로 구성되며 이에 따라 터빈 블레이드와 장착밴드의 결합체를 노속에 넣어서 저용융점의 재료가 녹아 블레이드를 장착밴드에 브레이징시키는 단계를 더 포함한다.
제1도에는 반원형 스테인레스강의 장착밴드(12)와, 동일한 크기와 모양을 갗고 반경방향으로 공통중심을 향하는 여러개의 블레이드(14)로 이루어진 터빈 엔진의 콤프레서 단(compressor stage,10)이 일부 완성된상태로 도시되어 있다.
본 발명에 의하면 밴드(12)의 중간부(16)에 규칙적인 간격을 두고 펀칭된 사각형 구멍(18)이 형성되어 터빈 블레이드(14)이 탱이 여기 꼭 맞게 들어간다.
제3도에 도시된 바와같이 탱(20)의 근처에 있는 블레이드의 쇼올더(shoulder)가 장작밴드(12)에 견고하게 밀착되었을때 탱(20)이 중간부(16)의 반대편 표면을 완전히 관통할 수 있도록 탱(20)의 길이는 밴드(12)의 두께보다 더 크다.
본 발명에 따른 방법에 의하면, 블레이드(14)의 탱(20)을 완전히 둘러쌀 수 있도록 충분히 크지만 장착밴드의 반대쪽 중간부(l6)내에 들어갈 수 있도록 충분히 작은 여러개의 직사각형 와셔(24)는 이하에서 설명할 펀칭작업에 의하여 스테인레스강 스트립(22)으로 부터 공급된다. 와셔(24)가 스트립(22)으로 부터 분리되고 블레이드(14)는 고정위치에 유지된후 장착밴드(12)의 구멍(18)을 관통한 탱(20)이 브레이징되어 변형이 방지된다. 와셔(24)는 탱(20)을 향하여 힘을 받아 탱(20)이 와셔(24)를 관통하면 와셔(24)로 부터 작은 슬러그(26)가 떨어져 나온다. 와셔(24)는 밴드(12)의 중간부(16)에 눌려져 거친 취급이나 하역으로 인한 움직임에 대하여 블레이드(14)를 정확한 위치에 기계적으로 유지시킨다.
본 발명에 의하면 블레이드(l4)는 그후 브레이징되어 장착밴드(12)와 더욱 견고한 기계적 결합을 하게 된다. 제2도에는 브레이징 작업을 용이하게 하는 바람직한 스트립(22)이 도시되어 있다. 스트립(22)은 0.020인치의 두께를 가진 스테인레스강에 코어부(28), 약 0.001인치의 두께인 상부 구리도금층(30), 두께가 약0.005인치인 하부 구리도금층(32)으로 구성되어 전체두께는 0.026인치이다. 스트립(22)은 제1도의 과정에서 와셔(24)가 탱(20)과 결합되었을때 두꺼운 구리도금층(32)이 와셔(24)의 바깥면 즉 노출된 표면이 되도록 유지된다. 그러므로 조립이 끝난 터빈단(10)이 약 1950℉인 진공로속에 들어가면 구리 도금층(30,32)이녹아 블레이드(14) 및 밴드(12)사이의 틈새가 브레이징 재료로 채워진다. 두꺼운 도금층(32)이 바깥쪽에 있기 때문에 틈새를 채추는 브레이징 재료는 대부분 여기서 공급된다.
제2도의 스트립은 도금층의 바람직한 상태를 대표적으로 나타낸 것으로서, 양면을 같은 두께로 도금 하거나 스트립(22)의 한면만 도금하는 것을 포함하여 달리 구성하는 것도 가능함을 이해하여야 한다.
제3도에는 제1도를 참고로 설명한 블레이드 설치 과정과 제2도를 참고로 설명한 브레이징 과정의 사이에서 터빈단(10)을 거칠게 다루어야 할 경우를 대비한 상태가 도시되어 있다. 이런 경우에는 조립이 끝난후 탱(20)을 스웨이징시켜 와셔(24)의 반대편 끝에서 납작하게 만들어 밴드(12)에 대하여 탱과 와셔가 리벳과 유사한 강한 기계적 결합을 하도록 하는것이 바람직하다. 이를 위해서, 이 기술분야에 숙달된 자에게는 명백한, 여러가지 펀칭 또는 스트라이킹(striking)작업을 이용할 수 있다.
제4도 내지 제9도를 참고하면 제1도의 공정을 수행하기 위한 장치가 도시되어 있다. 이 장치는 밴드, 블레이드, 스트립을 수동으로 공급하는 작업자의 앞에 약간 각도를 갖고 설치되어 벤치 유니트(bench unit)로 이용되도록 설계되었다. 이를 보다 자동화시킬 수도 있다는 것은 기계분야에서 속달된 자에게는 명확할 것이다.
제4도 내지 제7도에 도시된 장치의 장부에는 나사 또는 다른 적절한 체결구에 의하여 벤치에 고정되도록 된 3/4인치 두께의 강제 레이스 플레이트(34)가 포함된다. 베이스 플레이트(34)의 상부에는 블레이드 리테이너(38)가 얹혀 있는 블레이드 리테이너 베드 플레이트(36)가 장착되어 있다. 그 상단부(40)는 장착밴드(12)의 반경과 일치하고 매끄러운 곡면으로 가공되어, 밴드(12)가 제자리에서 블레이드(14)를 받아들이도록 되어 있다. 블레이드 리테이너(38)의 상단부(40)에는 복합반경의 블레이드 시이드(blade seat, 42)가 가공되어 블레이드(14)가 최종 조립될 상태에 있을때 그 외면과 정확히 일치하게 된다. 앞으로 설명하게 될 펀치작업에서 상단부(40)가 휘지 않도록 블레이드 리테이너(38)에는 브레이스(44)가 장착되어 있다. 클램프(46)가 클램프 배드 플레이드(48)에 장착되고 이 클램프 베드 플레이트(48)는 베이스 플레이트(34)가 장착된다. 클램프(46)는 수동으로 작동되고 그 클램프 면(50)은 블레이드(14)의 내면과 정확히 일치하도록 되어있어, 블레이드(14)는 앞서 설명한 와셔 설치 작업에서 발생되는 길이방향 하중을 받을때, 변형되지 않도록 클램프면(50)과 시이트(42)사이에서 고정된다. 플레이트의 상부에는 2개의 길이방향으로 평행하게 연장된 슬라이드 핀(52)이 설치되어 이 슬라이드 핀(52)을 따라 펀치구동기(54)와 스트립 리테이너(56)가 미끄러질수 있게 설치되고 펀치구동기(54)와 리테이너(56)는 핀(52)을 따라 서로 독립적으로 플레이트(36)에 대하여 길이방향으로 움직일 수 있다. 앞으로 설명하게 될 것이지만 먼저 구동기(54)를 플레이트(36)로 부터 떨어져 있게 하는 복원스프링(58)의 리테이너 역할을 하는 작은 핀(60)이 플레이트(36)의 상부에 설치되어 있다.
스톱(61)은 플레이트(34)에 나사로 견고하게 고정되어 스톱(61)에 형성된 슬로트(64)내에서 작동하는 캠(62)의 반작용을 받게 된다. 캠(62)의 반대쪽 표면(65)은 경사져 있어, 펀치 구동기(54)의 좌우측 블록 사이에 고정되어 있는 펀치 블록에 장착된 고정 캠 바아(66)와 접촉하면서 미끄럼 운동한다. 스트립 리테이너(56)내의 버튼(button, 76)과 정렬되는 펀치(70)는 베이스(68)에 설치되는데 이는 제9도에 가장 잘 나타나있다. 펀치(70), 특히 와셔(24)의 모양과 크기를 결정하는 펀치의 중공 돌출부(78)는 블레이드(14)가 블레이드 리테이너(38,40)의 시이트(42)에 놓여 있을때 탱(20)과 정확히 정렬된다.
펀칭 공정이 끝난후 스트립 리테이너(56)를 원래 위치로 복원시키는 제3슬라이드 핀(90) 및 압축 스프링(92)이 플레이트(36)와 리테이너(56) 사이에 설치되어 있다.
제8도 및 제9도에는 스트립 리테이너(56)와 펀치(70)가 보다 상세히 도시되어 있다. 핀(52)을 따라 움직이는 스트립 리테이너(56)에는 스트립(22)을 잡고 있으면서 제1도를 참조하여 설명한 공정을 수행할 수있도록 스트립에 수동으로 표시를 하거나 오른쪽에서 왼쪽으로 공급할 수 있도록 하는 홈(74)이 형성되어 있다. 리테이너(56)의 홈(74)속에 고정된 스트립(22)은 제4도 및 제5도에 도시된 것처럼 펀치(70)가 정지 상태에 있을때 펀치 버튼(76) 및 펀치(70)의 정면을 지나간다. 캠(62)이 공기실린더(82)에 의하여 작동되면 부재(54, 66, 68, 70)들이 결합된 요소(38, 40, 42, 44)를 향하여 이동하여 스트립(22)으로 부터 와셔(25)를 분리시키고 블레이드(14)의 탱(20)이 분리된 와셔를 관통하도록 하여 최종적으로 제3도에 도시된 것처럼 와셔(24)가 장착밴드(12)의 중간부(16)에 꼭 밀착되도록 한다. 작동의 초기의 펀치(70)의 중공 돌출부(78)가 스트립(22)을 향하여 이동한다. 즉 펀치 구동기(54)가 스트립 리테이너(56)를 향하여 이동하는데, 이들이 핀(52)에 독립적으로 장착되어 있기 때문에 이같은 상대적 이동이 가능하다. 그 다음 펀치 구동기(54) 및 리테이너(56)는 모두 블레이드 러테이너(38)를 향하여 이동하여 와셔(24)를 분리시키는 동시에 와셔(24)가 블레이드(14)와 탱(20)을 향하여 움직이게 한다. 제8도 및 제9도를 참조하여 이미 언급한 대로 돌출부(78)에는 탱(20)과 형상이 동일한 관통채널(80)이 형성되어 와셔로 부터 분리된 작은 슬러그(26)가 펀치(70)를 통하여 리셉터클(84)내로 밀려 들어간다.
공기 실린더의 작동이 정지하면 캠(62)이 정지 위치로 복귀되어 복원 스프링(58)이 펀치 구동기(54)를 밀어 정지위치로 돌아가게 한다. 이 순간 클램프(46)가 풀려서 장착밴드(12)와 스트립(22)이 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하고, 다른 블레이드(14)가 시이트(42)에 얹히고 클램프(46)가 다시 재위치에서 잠그어지게 된다. 그후 공기 실린더(82)가 다시 작동되어 다른 블레이드(14)가 장착밴드(12)에 고정된다. 장착밴드(12)에 모든 블레이드가 고정될때까지 이 과정이 반복된다.
이 터빈 단(l0)은 이제 제1도 및 제2도와 함께 앞서 설명한대로 브레이징할 준비가 완료된 것이다.
운송기간이 같거나 거친 취급으로 인하여 필요하면 제3도를 참조하여 설명한 바와 같이 블레이드와 창착밴드의 조립과정과 브레이징 단계 사이에서 스웨이징 작업을 수행할 수도 있다.

Claims (4)

  1. 블레이드에는 탱이 형성되어 있고, 장착밴드에는 상기 탱이 들어가게 되는 구멍이 형성되어 있으며 탱의 길이는 장착밴드를 완전히 관통할 수 있게된 터빈 블레이드 또는 이와 유사한 것과, 금속과 장착밴드를 조립하는 방법에 있어서, 터빈 블레이드의 반대쪽에서 장착밴드의 표면에 인접한 곳에 상기 구멍을 덮도록 복합재료로 된 스트립을 위치시키는 단계 ; 상기 스트립으로부터 구멍 보다 큰 조각의 와셔를 분리시키는단계 ; 탱이 상기 분리된 와셔를 관통하도록 하면서 와셔 상기 장착밴드의 표면에 말착되도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 터빈부품의 조립방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복합재료는 용융점이 높은 코어부와 비교적 용융점이 낮은 피복부로 이루어지고, 터빈 블레이드가 삽입된 장착밴드를 노속에 넣어 상기 복합재료중 용융점이 낮은 재료가 녹아 블레이드를 창착밴드에 브레이징시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 터빈부품의 조립방법.
  3. 제1항에 있어서, 탱을 기계적으로 변형시켜 탱과 분리된 와셔간의 기계적 결합을 강화시키는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 터빈부품의 조립방법.
  4. 본체와 탱으로 이루어진 터빈 블레이드와 상기 탱이 들어가도록 간격을 두고 있는 구멍이 형성된 장착밴드를 조립하는 장치에 있어서, 상기 탱이 슬로트를 관통한 조립위치에서 상기 블레이드의 시이트를 형성하는 동시에 상기 장착밴드를 받는 기구, 상기 장착밴드를 관통한 상기 탱을 둘러 싸면서 이와 맞물리는 와셔가 형성되는 스트립을 잡는 리테이너, 상기 스트립으로 부터 와셔를 분리시키고 상기 와셔를 탱을 향하여 밀어붙여 상기 장착밴드의 표면과 밀착되게 하여 상기 블레이드를 상기 밴드에 기계적으로 고정시키는 펀치로 구성되는 것을 특징으로 하는 터빈부품의 조립장치.
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